发布时间 : 星期四 文章PLC控制立式单面前轴主销孔上下面组合机床 设计更新完毕开始阅读
3.1.1 可编程控制器的结构和工作原理
PLC是微机技术和控制技术相结合的产物，其核心部件是微处理器，它是一种用于控制的特殊计算机，因此其基本组成与一般的微机类似。
PLC的硬件主要有中央处理器、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接，如图3-1所示。
图3-1 PLC组成框图
当PLC运行时，是通过执行反应控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。
用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行程序，周而复始重复运行。
PLC的扫描工作方式与继电器-接触器的工作原理明显不同。继电器-接触器控制采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作；而PLC采用扫描工作方式（串
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编程器 输入单元 用户程序存储器 系统程序存储器 输出单元 中央处理单元 电源 行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，必须等扫描到该点时才会动作。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与继电器-接触器控制在I/O的处理结果上并没有什么差别。 3.1.2 三菱FX2N系列PLC及其指令
FX2N系列PLC是超小型机，I/O点数最大可扩展到256点。它有内置8K步的RAM，使用存储卡盒后，最大容量可扩大到16K步，编程指令可达到327条。PLC运行时，对一条基本指令的处理时间只要0.08us。它不仅能完成逻辑控制、顺序控制、模拟量控制、位置控制、高速计数等功能，还能做数据检测、数据排列、三角函数运算、平方根以及浮点数运算、PID运算等更为复杂的数据处理。所以，FX2N系列PLC具有容量大、运行速度快、指令功能完善等特点。
在FX2N系列PLC基本单元上，可连接扩展单元、扩展模块以及各种功能的特殊单元、特殊模块，还可以在基本单元左侧接口上，连接一台功能扩展板，完成FX2N系列PLC与各种外部设备的通信，实现模拟量控制功能。通过功能扩展板还可以将FX0N系列适配器与FX2N系列基本单元连接，增强PLC与外部设备的通信功能。
三菱公司FX2N系列PLC的指令包括基本逻辑指令和功能指令。
3.2 PLC电气控制设计思想
3.2.1 PLC控制系统设计的基本原则
电气控制系统设计的目的在于实现被控对象即生产设备或生产过程的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在PLC电气控制系统的设计上应遵循以下基本原则： ? 最大限度的满足被控对象的控制要求。设计前应深入现场进行调查研究，搜集资料，
并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。
? 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。 ? 保证控制系统的安全、可靠。
? 考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当保留余量。
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3.2.2 PLC控制系统设计的基本内容与步骤
PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：
? 选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接
触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。 ? PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心组成部件。正确选择PLC对于保证整个控
制系统的技术经济技能指标起着重要的作用。PLC的选择应包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。 ? 分配I/O点，绘制I/O连接图。
? 设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）或控制系统流程图。 ? 设计控制柜。编制控制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电器元件明细表等。
PLC控制系统的设计一般包括以下步骤。
? 根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须
的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）。 ? 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。据此确定PLC的I/O点数。 ? 选择PLC。
? 分配PLC的I/O点，设计I/O连接图。
? 进行PLC程序设计，同时可进行控制柜的设计和现场施工。
第四章 PLC的选择
4.1 PLC机型的选择
机型选择的基本原则应是在功能满足要求的情况下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面。
? 结构合理 对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体
式结构；其他情况则选用模块式结构PLC。
? 功能合理 对于开关量控制的工程项目，对其控制速度无须考虑，一般的低档机就能
满足要求。对于以开关量为主、带少量模拟量控制的项目，可选用带A/D、D/A转换、
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加减运算、数据传输功能的低档机。对于控制比较复杂、控制功能要求高的工程项目，可视其控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。
? 机型统一 因为机型统一的PLC，其模块可以互为备用，便于备品备件的采购和管理；
其功能和编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外围设备通用，资源可共享，配以上位机后，可把控制各独立系统的多台PLC连成一个多级分布式控制系统，相互通信、集中管理。
? 是否在线编程 PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺工程改变时，只需用
编程器重新修改程序，就能满足新的工艺要求，给生产带来很大方便。是否在线编程，应根据被控设备工艺要求的不同来选择。对于产品定型的设备和工艺不常变动的设备，宜选用离线编程的PLC；反之，可考虑选用在线编程的PLC。
4.2 输入/输出的选择
4.2.1 系统I/O点数的估算
1．控制电磁阀等所需的I/O点数。由电磁阀的工作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程控制器控制时需要两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需要三个输入及两个输出；一个按钮需一个输入；一个光电开关需一个或两个输入；一个信号灯需一个输出；波段开关有几个波段就有几个输入；一般情况 ，各种位置开关都需要占用两个输入点。
2．控制交流电动机所需I/O点数。用可编程序控制器控制交流电动机时 ，是以主令信号和反馈信号作为可编程序控制器的输入信号；以可编程序控制器作为控制器，用它的输出信号驱动执行元件来完成对交流电动机的控制。
3．控制直流电动机所需I/O点数。晶闸管直流电动机调速系统是直流调速的主要形式，它采用晶闸管整流装置对直流电动机供电。用可编程控制器控制的直流传速系统中，可变程序控制器的输入除考虑主令信号外，还需考虑合闸信号、传动装置综合故障信号、抱闸信号、风机故障信号等。可变程序控制器的输出主要考虑速度指令信号正向1~3级、反向1~3级、允许合闸信号、抱闸打开信号等。
典型传动设备及电气元件所需可变程序控制器I/O点数的估计如表4-1所示。
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